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Procurando a melhor apresentação

nunca se sabe rsrsrs
by

Jonas Matsinhe

on 19 June 2012

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Transcript of Procurando a melhor apresentação

KHANIMAMBO OBRIGADO,
PELA VOSSA ATENÇÃO FORMULAÇÃO DE MATERIAIS VITREOS A PARTIR DE CINZA PESADA RESULTANTE DA QUEIMA DE CARVÃO MINERAL: EFEITO DE FUNDENTES Autor:
Jonas Valente Matsinhe

Orientador:
Prof Dr Nivaldo Cabral Kuhnen
Co Orientador:
Prof Dr Humberto Gracher Riella UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA E ALIMENTOS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENG. QUÍMICA 3. CARVÃO MINERAL: TIPOS DE CARVÃO Dependendo do tempo em milhões de anos do processo de fossilização o carvão mineral pode ser classificado em: TURFA SAPROPELITO LINHITO BETOMINOSO SUB-BETOMINOSO ANTACITO Fundentes 6. PROCESSO PRODUTIVO DE VIDROS DE CINZAS Matérias primas Na2O: Na2CO3, Na2SO4
K2O: carbonatos de potássio Li2O: Li2CO3 CaO:CaCO3 (calcita), feldspato cálcico (anortita) MgO:CaCO3·MgCO3 (dolomita) BaO: BaCO3 SiO2: areias de quartzo
B2O3: H3BO3, boratosde sódio Al2O3: feldspatos PbO: Pb3O4(zarcão), PbO (litargírio), carbonato básico
ZnO: ZnCO3 (smithsonita), ZnO (zinquita) Óxidos de alguns metais como o ferro, cobalto, níquel, crómio, cobre, vanádio, cério e também elementos na sua forma metálica como o ouro, a prata e o cobre. Vitrificantes Estabilizantes Componentes Secundários 8. RESULTADOS Viscosidade 8. RESULTADOS Perfis de Viscosidade VD 2 VD7 VD6 4.3 PRINCÍPIOS DE FORMAÇÃO DE ESTRUTURA VÍTREA Teoria de Dietzel
Recorrendo às considerações de Goldschmidt e à teoria da rede desordenada de Zachariasen, Dietzel explicou a possibilidade de formação de vidros através da relação entre o tamanho e polarizabilidade dos seus íons constituintes e as respectivas cargas




A razão F, foi utilizada por Dietzel para introduzir o conceito de intensidade de campo, e avaliar a possibilidade de um cátion poder ou não formar vidro. 6. PROCESSO PRODUTIVO DE VIDROS DE CINZAS Formulação Li2CO3 possui Li2O na ordem de 40%, assim sendo, para se obter 15 kg de Li2O deverá se introduzir na carga 37,5 kg
A carga total será: 122,5 kg de matérias primas 7. MATERIAIS E MÉTODOS Planejamento experimental 7. MATERIAIS E MÉTODOS Os procedimentos experimentais foram realizados no Laboratório de Matérias e Corrosão (LABMAC), no Departamento da Engenharia Química e de Alimentos (EQA), da Universidade Federal de Santa Catarina. 8. RESULTADOS Temperatura de Fusão 8. RESULTADOS Densidade INTRODUÇÃO Objetivos
Contextualização
Revisão bibliográfica
Carvão mineral
Materiais vítreos
Processo de produção
Materiais e métodos
Resultados
Conclusões 3.2 PROCESSO DE PRODUÇÃO DE ENERGIA NA BASE DE CARVÃO MINERAL (ATLAS PARTE III, FONTES NÃO RENOVÁVEIS, 2009) 4.2 ESTRUTURA DOS MATERIAISVITREOS X CRISTALINOS (CALLISTER 1999) 4.3 PRINCÍPIOS DE FORMAÇÃO DE ESTRUTURA VÍTREA Teoria de Dietzel
Para óxidos modificadores de rede:
Para óxidos Intermediários:
E para formadores de rede:

Dependendo das intensidades de campo, caso sejam diferentes, os íons de oxigênio serão usados predominantemente para o empacotamento mais denso em torno do cátion de maior intensidade de campo. 5.1 PROPRIEDADES DOS VIDROS Devitrificação Durabilidade Viscosidade 8. RESULTADOS Dilatometria óptica Perfil de temperatura do forno 8. RESULTADOS Temperatura de Amolecimento 8. RESULTADOS FTIR Em todos espectros nota-se a presença de bandas referentes aos modos vibracionais da água HOH (1600 cm-1), HO (3500 cm-1) e aos referentes às ligações Si-O e Al-O-Si, tais como Si-O-Si (1000 cm-1), Si-O-Si (720-700 cm-1) e Al-O-Si (460-400 cm-1) que segundo HWA et all 1998 constituem a rede vítrea dos materiais. 4.3 PRINCÍPIOS DE FORMAÇÃO DE ESTRUTURA VÍTREA Teoria de Zachariasen A hipótese da rede desordenada de Zachariasen, foi reforçada pelos estudos de DRX de Warren, pelo que a formação de um vidro estaria diretamente relacionada com a possibilidade de se constituírem redes tridimensionais com ordem a curta distância 4.3 PRINCÍPIOS DE FORMAÇÃO DE ESTRUTURA VÍTREA Um óxido ou composto tende a dar lugar a um vidro se houver possibilidade de formação de unidades poliédricas, como as mais pequenas entidades da rede.
Poliedros adjacentes não devem partilhar mais do que um vértice;
Os anions não devem contribuir para a ligação de mais de dois átomos centrais de um poliedro. Por isso, em vidros simples os anions formam pontes entre dois poliedros;
O número de vértices dos poliedros deve ser menor que seis; Para a formação de compostos vítreos SiO2, B2O3, P2O5, GeO2, Zachariasen, propôs as seguintes regras: 6. PROCESSO PRODUTIVO DE VIDROS DE CINZAS (COLTRO 2007) 8. RESULTADOS Tamanho de partícula 8. RESULTADOS DRX 8. RESULTADOS Análise química 1. OBJETIVOS Produzir materiais vítreos a partir de cinza pesada resultante da queima de carvão mineral;

Modelar e otimizar a concentração de fundentes (CaO, Li2O e Na2O), que tornam o ponto de fusão e de amolecimento mínimo;

Desenvolver um perfil de viscosidade que caracterize o comportamento do vidro (com concentração ótima do fundente), a qualquer temperatura;

Através do uso de técnicas de caracterização, verificar o comportamento da transmitância do vidro desenvolvido com o número de comprimento de onda 2. CONTEXTUALIZAÇÃO DA PESQUISA Carvão mineral
Resíduos e sua geração
Reaproveitamento de cinzas
Técnicas de reuso de resíduos 3.3 CINZAS DE CARVÃO MINERAL As cinzas são classificadas como secas (volantes) ou pesadas (úmidas), em função das diferentes zonas de temperatura na caldeira durante o processo de queima do carvão.

As cinzas resultantes da queima de carvão mineral na maioria das vezes, são compostas de óxidos formadores de estruturas vítreas, sendo que além de óxidos que podem agir como agentes nucleantes estes promovem a cristalização quando são submetidos a um tratamento térmico. 4. MATERIAIS VÍTREOS Definição
É um produto inorgânico de fusão que foi resfriado até atingir condição de rigidez, sem sofrer cristalização.
É um material que possui uma estrutura desordenada a longa distância entre 1,0-1,5 (nm), ou seja, uma estrutura em que não existe a repetição da célula unitária, característica de um material cristalino (ZARZYCKY, 1982).
É um material que não apresenta ordem de longo alcance e está abaixo da temperatura na qual rearranjos atômicos ou moleculares podem ocorrer numa escala de tempo similar àquela do experimento (VARSHENEYA, 1994).
É um material que no seu processamento térmico apresenta temperatura de transição vítrea (Tg) 4.1 FORMAÇÃO DO MATERIAL CRISTALINO (FERNANDES 1999) 4.3 PRINCÍPIOS DE FORMAÇÃO DE ESTRUTURA VÍTREA Teoria de Goldshmidt
Baseou-se na observação de composições dos elementos de formula geral RnOm que formavam mais facilmente, quando a razão entre o raio do cátion (rR) e o raio de anion (ro) se situava entre 0,2 e 0,4.

A condição de Goldshmidt aplicava-se de fato a uma grande parte dos formadores típicos de vidro, mais não previa modelos estruturais.

No entanto, Goldshmidt não explicou porque é que a coordenação tetraédrica favorecia a formação do vidro (FERNANDES 1999) 4.3 PRINCÍPIOS DE FORMAÇÃO DE ESTRUTURA VÍTREA Teoria de Zachariasen
Observou que os vidros que se obtinham a partir de silicatos cristalinos, previamente fundidos e depois arrefecidos, eram constituídos por uma rede de tetraedros ligados pelos vértices, tal como nos cristais correspondentes, embora não se repetindo periodicamente como na estrutura empacotada característica dos cristais.

Zachariasen admitiu que esta rede de tetraedros se repetia nas três direções do espaço formando uma estrutura tridimensional e tornando o comportamento médio do vidro idêntico nas três direções. 4.3 PRINCÍPIOS DE FORMAÇÃO DE ESTRUTURA VÍTREA Formadores de rede como Si, B, P, Ge, As, com número de coordenação geralmente de 3 a 4;

Modificadores de rede (Fundentes): como Na, K, Ca, Ba com números de coordenação geralmente maior que 6;

Intermediários, que por si sós não podem formar vidro, mas podem reforçar a rede (número de coordenação 4) ou debitá-la (número de coordenação 6-8). Zachariasen classifica os cátions num vidro nas seguintes categorias: 5. TIPOS DE VIDROS Em função da aplicação, processo de produção e disponibilidade de matérias primas, há infinitas formulações e classificações de vidros, segundo NAVARRO 2003, pode-se dividir em famílias principais:

Vidros de sílica;
Vidros de silicatos alcalinos;
Vidros soda-cálcicos;
Vidros ao chumbo
Vidros borossilicato e
Vidros alumino-borossilicato 5. TIPOS DE VIDROS (AKERMAN 2000) 5.1PROPRIEDADES DOS VIDROS As propriedades dos vidros, assim como de todos os outros materiais, dependem de suas características estruturais.

A estrutura por sua vez, está condicionada, principalmente, pela composição química e, em menor escala, também pela história térmica.

A variação das propriedades com a composição pode ser avaliada, com certa aproximação, em função da concentração dos componentes, mediante expressões lineares nas quais intervêm fatores de proporcionalidade obtidos experimentalmente para cada óxido e para cada propriedade. 5.1 PROPRIEDADES DOS VIDROS (AKERMAN 2000) 5.1 PROPRIEDADES DOS VIDROS Devitrificação
É uma das propriedades ligadas à velocidade de resfriamento, e define-se como sendo o processo através do qual se forma uma fase sólida estável, com arranjo geométrico ordenado, a partir de uma fase metaestável estruturalmente desordenada.

Dureza Química
Propriedade ligada a resistência que uma superfície lisa apresenta ao ser sulcada por outro material ou até mesmo por agentes externos, ou seja, a dureza está relacionada à reação da estrutura cristalina à aplicação de esforço sem ruptura.

Viscosidade
Determina as condições de fusão, temperaturas de trabalho e recozimento, comportamento na afinagem (remoção de bolhas do banho), temperatura máxima de utilização e a taxa de devitrificação. 7. MATERIAIS E MÉTODOS 8. RESULTADOS Viscosidade 4. MATERIAIS VÍTREOS Histórico
Segundo FERNANDES 1999, os vidros existem na natureza desde que se formou a crosta terrestre e o homem fez uso dele muito antes de produzi-lo.

A história da tecnologia do vidro segue a evolução das técnicas em geral, sendo de considerar os três períodos: Pré-industrial, revolução industrial e revolução científica-técnica atual.

Hoje se observa este grande desenvolvimento através de produtos tais como: porcelanas especiais, isoladores térmicos, cimentos especiais, revestimentos (pisos e azulejos), telhas, etc. das mais variadas composições, estruturas, cores, acabamentos, etc. 9. CONCLUSÕES De acordo com estudo feito conclui-se que:

De acordo com a fundamentação teórica, constatou-se que a cinza pesada constitui uma matéria prima de fonte atraente e econômica de alumino silicatos (SiO2 e Al2O3) para o desenvolvimento de materiais vítreos opacos, devido à presença de alto teor de ferro;
Foram produzidas sete (7) amostras de vidros a partir de cinzas pesadas de carvão mineral, concordando desta maneira a possibilidade de produção de materiais vítreos a partir deste resíduo;
Através do planejamento experimental de misturas de três (3) componentes (CaO, Li2O e Na2O), com uso de modelo cúbico especial, notou-se que a combinação de Li2O e Na2O, foi favorável na diminuição de temperatura de fusão e de amolecimento; A cinética de fusão de vidros mostrou-se de certa maneira favorável ao VD6, visto que no seu mecanismo de fusão, apresentou somente três (3) etapas de transformação térmica (sinterização, amolecimento e fusão), enquanto que as outras amostras apresentaram um percurso longo de transformação (sinterização, amolecimento, ponto de meia esfera e fusão);

Dos materiais vítreos obtidos, notou-se que VD6 apresenta características de compactação semelhantes às do vidro de sílica, a pesar de ter temperatura de fusão baixa que do vidro de sílica;

O comportamento da transmitância em função de número de onda, mostrou a presença de bandas referentes aos modos vibracionais da água e de ligações Si-O e Al-O-Si em todos espectros. 3.1 Tipos de carvão (ATLAS PARTE III, FONTES NÃO RENOVÁVEIS, 2009) 10. Sugestões para continuidade de trabalhos Estudo de propriedades ópticas do vidro produzido a partir de cinzas de carvão mineral;

Uso de vidros, produzidos na base de cinzas de carvão mineral, no desenvolvimento de embalagens para produtos alimentares;

Formulação de telhas cerâmicas a partir de cinzas pesadas resultantes da queima de carvão mineral nas centrais termelétricas;

Estudo da incorporação de materiais vítreos, desenvolvidos a partir de cinzas de carvão mineral, como parte do suporte do engobe em revestimentos cerâmicos;

Influência de teores de ferro presentes na cinza, no desenvolvimento de vidros com propriedades ópticas especiais. Florianopolis, 28 de Maio de 2012
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